Tungsten - apakah itu? Keadaan pengoksidaan tungsten. Aplikasi tungsten

2024 Pengarang: Angel Austin | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-12-17 05:36

Tungsten ialah unsur kimia yang nombor atomnya ialah 74. Logam berat dari kelabu keluli hingga putih ini sangat tahan lasak, yang menjadikannya tidak boleh diganti dalam banyak kes. Takat leburnya lebih tinggi daripada mana-mana logam lain, dan oleh itu ia digunakan sebagai filamen dalam lampu pijar dan elemen pemanas dalam relau elektrik (contohnya, aloi zirkonium-tungsten). Kimia unsur membolehkan ia digunakan sebagai pemangkin. Kekerasannya yang luar biasa menjadikannya sesuai untuk digunakan dalam "keluli berkelajuan tinggi" yang membolehkan bahan dipotong pada kelajuan yang lebih tinggi daripada keluli karbon dan dalam aloi suhu tinggi. Tungsten karbida, sebatian unsur dengan karbon, adalah salah satu bahan paling sukar yang diketahui dan digunakan untuk membuat alat pengilangan dan pemusing. Tungstat kalsium dan magnesium digunakan secara meluas dalam lampu pendarfluor, dan oksida tungsten digunakan secara meluas dalam cat dan sayu seramik.

Sejarah penemuan

Kewujudan unsur kimia ini mula-mula dicadangkan pada tahun 1779 oleh Peter Woolf, apabila dia menyiasat mineral wolframite dan datang kekesimpulan bahawa ia mesti mengandungi bahan baru. Pada tahun 1781, Carl Wilhelm Scheele menetapkan bahawa asid baru boleh diperolehi daripada tungstenit. Scheele dan Thorburn Bergman mencadangkan untuk mempertimbangkan kemungkinan mendapatkan logam baru dengan mengurangkan asid ini, dipanggil asid tungsthenik. Pada tahun 1783, dua beradik, José dan Fausto Elguiar, menemui asid dalam wolframite yang sama dengan asid tungsthenik. Pada tahun yang sama, saudara-saudara berjaya mengasingkan tungsten daripadanya menggunakan arang.

Semasa Perang Dunia Kedua, unsur kimia ini memainkan peranan yang besar. Rintangan logam terhadap suhu tinggi, serta kekuatan melampau aloinya, menjadikan tungsten sebagai bahan mentah yang paling penting untuk industri ketenteraan. Pihak yang berperang memberi tekanan kepada Portugal sebagai sumber utama wolframite di Eropah.

Berada dalam alam semula jadi

Secara semula jadi, unsur berlaku dalam wolframite (FeWO₄/MnWO₄), scheelite (CaWO_{4), ferberit dan hübnerit. Deposit penting mineral ini ditemui di Amerika Syarikat di California dan Colorado, di Bolivia, China, Korea Selatan, Rusia dan Portugal. Kira-kira 75% daripada pengeluaran tungsten dunia tertumpu di China. Logam itu diperoleh dengan mengurangkan oksidanya dengan hidrogen atau karbon.}

Rizab dunia dianggarkan sebanyak 7 juta tan. Diandaikan bahawa 30% daripadanya adalah deposit wolframite dan 70% daripada scheelite. Pada masa ini, pembangunan mereka tidak berdaya maju dari segi ekonomi. Pada tahap penggunaan semasa, rizab ini akan bertahan hanya 140 tahun. Satu lagi sumber yang berhargatungsten ialah kitar semula besi buruk.

Ciri Utama

Tungsten ialah unsur kimia yang dikelaskan sebagai logam peralihan. Simbol Wnya berasal dari perkataan Latin wolframium. Dalam jadual berkala, ia berada dalam kumpulan VI antara tantalum dan renium.

Dalam bentuknya yang paling tulen, tungsten ialah bahan keras yang terdiri daripada warna daripada kelabu keluli hingga putih pewter. Dengan kekotoran, logam menjadi rapuh dan sukar untuk digunakan, tetapi jika ia tidak ada, maka ia boleh dipotong dengan gergaji besi. Selain itu, ia boleh ditempa, digulung dan dilukis.

Tungsten ialah unsur kimia yang takat leburnya paling tinggi antara semua logam (3422 °C). Ia juga mempunyai tekanan wap yang paling rendah. Ia juga mempunyai kekuatan tegangan tertinggi pada T> 1650 °C. Unsur ini sangat tahan terhadap kakisan dan hanya diserang sedikit oleh asid mineral. Apabila bersentuhan dengan udara, lapisan oksida pelindung terbentuk pada permukaan logam, tetapi tungsten teroksida sepenuhnya pada suhu tinggi. Apabila ia ditambah dalam jumlah yang kecil kepada keluli, kekerasannya meningkat secara mendadak.

Isotop

Secara semula jadi, tungsten terdiri daripada lima isotop radioaktif, tetapi ia mempunyai separuh hayat yang panjang sehingga ia boleh dianggap stabil. Kesemuanya mereput menjadi hafnium-72 dengan pancaran zarah alfa (bersamaan dengan nukleus helium-4). Pereputan alfa diperhatikan hanya dalam ¹⁸⁰W, yang paling ringan dan paling jarang daripada iniisotop. Secara purata, dua pereputan alfa berlaku dalam 1 g tungsten semulajadi setahun ¹⁸⁰W.

Selain itu, 27 isotop radioaktif tiruan tungsten telah diterangkan. Yang paling stabil ialah ¹⁸¹W dengan separuh hayat 121.2 hari, ¹⁸⁵W (75.1 hari), ¹⁸⁸ W (69, 4 hari) dan ¹⁷⁸W (21, 6 hari). Semua isotop tiruan lain mempunyai separuh hayat kurang daripada sehari, dan kebanyakannya kurang daripada 8 minit. Tungsten juga mempunyai empat keadaan "metastabil", yang mana yang paling stabil ialah ^179mW (6.4 min).

Sambungan

Dalam sebatian kimia, keadaan pengoksidaan tungsten berubah daripada +2 kepada +6, di mana +6 adalah yang paling biasa. Unsur tersebut biasanya terikat dengan oksigen untuk membentuk trioksida kuning (WO₃), yang larut dalam larutan alkali berair sebagai ion tungstate (WO₄₂₋).

Permohonan

Oleh kerana tungsten mempunyai takat lebur yang sangat tinggi dan mulur (boleh ditarik menjadi dawai), ia digunakan secara meluas sebagai filamen lampu pijar dan lampu vakum, serta dalam elemen pemanasan relau elektrik. Di samping itu, bahan itu menahan keadaan yang melampau. Salah satu aplikasinya yang terkenal ialah kimpalan arka tungsten terlindung gas.

Sangat keras, tungsten ialah komponen ideal untuk aloi senjata berat. Ketumpatan tinggi digunakan dalam kettlebells,pengimbang dan lunas balast untuk kapal layar, serta dalam dart (80-97%). Keluli berkelajuan tinggi, yang boleh memotong bahan pada kelajuan lebih tinggi daripada keluli karbon, mengandungi sehingga 18% bahan ini. Bilah turbin, bahagian haus dan salutan menggunakan "aloi super" yang mengandungi tungsten. Ini adalah aloi kalis haba dan tahan tinggi yang berfungsi pada suhu tinggi.

Pengembangan haba unsur kimia adalah serupa dengan kaca borosilikat, jadi ia digunakan untuk membuat pengedap kaca-ke-logam. Komposit yang mengandungi tungsten adalah pengganti yang sangat baik untuk plumbum dalam peluru dan tembakan. Dalam aloi dengan nikel, besi atau kob alt, projektil hentaman dibuat daripadanya. Seperti peluru, tenaga kinetiknya digunakan untuk mencapai sasaran. Dalam litar bersepadu, tungsten digunakan untuk membuat sambungan kepada transistor. Beberapa jenis tali alat muzik diperbuat daripada dawai tungsten.

Menggunakan sambungan

Kekerasan luar biasa tungsten karbida (W₂C, WC) menjadikannya bahan yang paling biasa untuk alat pengilangan dan pemusing. Ia digunakan dalam industri metalurgi, perlombongan, minyak dan pembinaan. Tungsten karbida juga digunakan dalam pembuatan barang kemas kerana ia bersifat hipoalergenik dan tidak cenderung kehilangan kilauannya.

Glaze diperbuat daripada oksidanya. Tungsten "gangsa" (dipanggil kerana warna oksida) digunakan dalam cat. Magnesium dan kalsium tungstat digunakan dalam pendarfluorlampu. Tungstate kristal berfungsi sebagai pengesan kilauan dalam perubatan nuklear dan fizik. Garam digunakan dalam industri kimia dan kulit. Tungsten disulfide ialah gris suhu tinggi yang boleh menahan 500°C. Sesetengah sebatian yang mengandungi tungsten digunakan dalam kimia sebagai pemangkin.